Методы оценки и показатели биологической активности почвы в агрохимии

Биологическая активность почвы – это совокупность происходящих в почве биохимических реакций, которые приводят к возобновлению запаса использованных или разложившихся составных веществ, благодаря чему она обладает своеобразным гомеостазом. Биологическая активность почвы зависит от численности и видового состава обитающих в ней живых микроорганизмов, типа почвы, времени года, климата и культуры земледелия. Поэтому, говоря о биологической активности почвы, нужно учитывать всю совокупность условий и факторов, в которых данная почва сформировалась.

Показателями биологической активности служат: выделение углекислоты, то есть дыхание почвы; способность почвы к аммонификации и накоплению нитратов; скорость разложения клетчатки; активность ферментов азотного и фосфорного обмена, а также ферментов, катализирующих окислительные процессы; абсолютное количество микроорганизмов, особенно азотобактера, эпифитных бактерий и неспоровых почвенных бактерий. Показатели биологической активности почвы необходимы для ее характеристики как биологической системы и оценки степени изменения под влиянием антропогенного воздействия, в особенности от повреждения токсикантами и техногенными перегрузками.

Ни один из показателей биологической активности в отдельности не отражает сложности биологических и биохимических изменений, происходящих в почве. Для сравнительной оценки биологической активности почвы по совокупности предложена шкала показателей (табл. 32; Кирюшин В.И., 1996).

Таблица 32 – Шкала сравнительной оценки биологической активности почвы Активность Показатель очень очень слабая слабая средняя высокая высокая

 Выделение СО2, СО2/10 г сут       <5       5–10      10–15       15–25      >25
 Каталаза, О2, см3/г/мин           <1        1–3       3–10       10–30      >30
 Дегидрогеназа по восстановле-
 нию ТТХ*, мкл Н2 г/сут            <3       3–7           7–15    15–22      >22
 Фосфатаза, мг Р2О2/10 г/ч         <5      0,5–1,5    1,5–5,0      5–15      >15
 Протеаза, мг альбум/10 г/ч       <0,5      0,5–1       1–2         2–3       >3
 Инвертаза, мг глюкозы/г/сут       <5       5–15       15–20      50–150     >150

Примечание. ТТХ – 2,3,5–трифенилтетразолий хлористый.

Наибольшее влияние на биологическую активность почвы оказывают органические удобрения и особенно навоз. С навозом в почву поступает большое количество питательных веществ для почвенной микрофлоры и масса микроорганизмов, для которых, однако, в почве нет условий для развития. Например, Escherichia coli, численность которой в 1 г навоза достигает 10000 клеток, в почве через короткое время обнаруживается в количестве до 100 клеток на 1 г. Только часть бактерий навоза сохраняется в почве и включается в ее метаболизм. Это микроорганизмы, разлагающие целлюлозу и пектин, а также аммонификаторы. Такое же положительное влияние на биологическую активность почвы оказывают зеленые удобрения и компосты, поскольку с ними микроорганизмы получают усвояемые соединения углерода и азота.

Действие минеральных удобрений на биологическую активность почвы зависит от вида, формы, срока, способа и нормы их применения. Здесь уместно напомнить, что микроорганизмы не только используют внесенные в почву удобрения как источник того или иного элемента питания, но и активно участвуют в их переводе в формы, доступные для растений.

Например, мочевина в почве подвергается гидролизу до аммиака под влиянием уреазы — фермента, выделяемого микрофлорой. Сама по себе мочевина практически не поглощается растениями, но ионы аммония — превосходный источник азота для них. Ферментативный гидролиз мочевины осуществляется по следующей схеме:

CO(NH 2) 2  H 2 O   CO2  2NH3

Аммиак взаимодействует в почве с минеральными кислотами, образуя соли, диссоциирующие в водной среде на ионы.

Некоторые удобрения губительно действуют на почвенные микроорганизмы. Примером может служить цианамид кальция, который после внесения в почву стерилизует ее. Однако уже через короткое время это соединение под действием ряда бактерий и грибов разлагается и превращается в водорастворимый нетоксичный карбонат аммония, используемый микроорганизмами и растениями как источник азота.

Повышают биологическую активность почвы калийные, кальциевые, магниевые, серные и железные удобрения. Таково же действие и микроэлементов. В общем можно сказать, что применяемые в сельском хозяйстве минеральные и органические удобрения повышают биологическую активность почвы, т. е. способствуют:

• увеличению численности и группового состава микроорганизмов;
• усилению дыхания почвы;
• повышению ее ферментативной активности.

Однако применение высоких норм минеральных удобрений вызывает нарушение естественного круговорота основных органогенных элементов в природе, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Депрессивное влияние высоких норм минеральных удобрений на развитие активной микрофлоры связано с:

• повышением концентрации почвенного раствора;
• наличием в нем больших количеств подвижных форм азота, особенно N-NO3;
• изменением рН почвы;
• накоплением нитратов, обладающих ингибирующими свойствами по отношению к растениям и микроорганизмам.

Основные запасы элементов почвы сосредоточены в ее твердой части. Водная фаза удерживает лишь незначительную долю даже обменных форм ионов. Особенно ярко это проявляется на почвах с развитым почвенным поглощающим комплексом.

Состав и свойства твердой фазы почвы

Твердая фаза формирует органо-минеральный каркас почвы, который наследует состав и свойства материнской породы. Эта основа наиболее устойчива во времени и по своему объему. По составу твердая фаза делится на минеральную и органическую части.

В минеральной части почвы сосредоточены все зольные элементы. Азот, углерод, кислород, фосфор и сера распределены между минеральной и органической частями. Понимание этого баланса помогает точнее планировать систему питания растений.

Твердая фаза напрямую влияет на физическое состояние пашни и водный режим. Для практической оценки поля важен комплекс ее физико-химических характеристик. К ним относятся следующие параметры:

• гранулометрический, минералогический и химический состав;
• сложение и структура;
• порозность.